THESAN svela i segreti della luce di Lyman-alpha?

THESAN è un grande progetto che usa potenti simulazioni per studiare la luce ultravioletta lasciata dall'universo primordiale. Quando l'universo era giovane, le galassie emettevano fotoni di Lyman-alpha, ma il mezzo intergalattico neutro li assorbiva, trasformandoli in una debole luce di sfondo. THESAN crea mappe dettagliate di questa luce, mostrando come il segnale cambia con il redshift. I ricercatori hanno misurato tre fonti principali: la ricombinazione degli atomi, l'eccitazione collisionale e le regioni HII non risolte. Hanno anche analizzato l'assorbimento del mezzo intergalattico, scoprendo che il potere delle fluttuazioni della luce diventa più ripido a piccole scale man mano che l'universo invecchia. Il segnale di emissione da solo è abbastanza forte da essere visto da strumenti futuri come SPHEREx, ma quando si include l'assorbimento, il segnale diventa molto più debole—fino a quattro ordini di grandezza più debole. Un semplice modello di venti galattici aumenta il segnale di molto, evidenziando l'importanza di questi flussi. THESAN ci aiuta a capire come la luce si muove nell'universo primordiale e prepara il terreno per osservazioni ancora più precise con i prossimi telescopi.

THESAN (The Evolution of Structures and reIONization) è una suite di simulazioni cosmologiche ad alta risoluzione che produce light cone continui per linee di vista realistiche, permettendo previsioni teoriche per studi futuri di Line Intensity Mapping (LIM) di Lyman-alpha. Le simulazioni includono la fisica completa dell'epoch of reionization: formazione di stelle, feedback di supernovae, fughe di metalli e scattering resonante di Lyman-alpha. Utilizzando un volume di simulazione di circa 100 Mpc/h per lato e una risoluzione di 512^3 celle, gli autori calcolano l'intensità spettrale totale di Lyman-alpha come somma di tre componenti: ricombinazione (da gas di prima stella), eccitazione collisionale (da interazione tra atomi e particelle cariche) e regioni HII non risolte (dal modello di galaxy formation). Le mappe di canale in bande di redshift (z≈6–10) rivelano fluttuazioni su scale da 1 a 10 Mpc/h. L'analisi del damping wing mostra un aumento graduale dell'assorbimento con il redshift, coerente con le osservazioni di quasar. Il potere delle fluttuazioni di emissione-only supera la sensibilità di SPHEREx su scale k>10^-2 1/arcsec, mentre l'inclusione dell'assorbimento riduce il segnale di ~4 ordini di grandezza, fornendo un limite inferiore conservativo per le firme di disomogeneità. Un modello toy che aggiunge semplici venti isotermici aumenta il segnale di quattro ordini di grandezza, suggerendo che i feedback galattici potrebbero essere cruciali per interpretare i dati LIM futuri. Limitazioni attuali includono la mancanza di scattering resonante completo di Lyman-alpha e l'assenza di interlopers spettrali (es. linee di metalli). Prossimi passi: integrare lo scattering resonante, espandere i volumi di simulazione e confrontare direttamente con i dati di mappatura in corso di DESI e Euclid.